विद्युत ट्रैक्शन ड्राइव्स

परिभाषा

वह ड्राइव जो विद्युत शक्ति का उपयोग करके आगे बढ़ता है, इलेक्ट्रिक ट्रैक्शन ड्राइव के रूप में जाना जाता है। इलेक्ट्रिक ड्राइव का एक प्रमुख अनुप्रयोग लोगों और सामान को एक स्थान से दूसरे स्थान पर ले जाना है। ट्रैक्शन ड्राइव दो प्रकार के होते हैं: एक-चरणीय AC ट्रैक्शन ड्राइव और DC ट्रैक्शन ड्राइव।

इलेक्ट्रिक ट्रैक्शन सेवाएं

इलेक्ट्रिक ट्रैक्शन सेवाओं को निम्नलिखित श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:

• इलेक्ट्रिक ट्रेनें

• मुख्य लाइन ट्रेनें

• सबर्बन ट्रेनें

• इलेक्ट्रिक बसें, ट्राम और ट्रॉलीज

• बैटरी और सौर ऊर्जा से चलने वाले वाहन

निम्नलिखित इन इलेक्ट्रिक ट्रैक्शन सेवाओं का विस्तृत विवरण है।

इलेक्ट्रिक ट्रेनें

फिक्स्ड रेल पर चलने वाली इलेक्ट्रिक ट्रेनें मुख्य लाइन ट्रेनों और सबर्बन ट्रेनों में विभाजित होती हैं।

मुख्य लाइन ट्रेनें
इन ट्रेनों में, एक विधि से इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव में ओवरहेड लाइन से या डीजल लोकोमोटिव में डीजल जनरेटर सेट से शक्ति फीड की जाती है।

इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव में, ड्राइविंग मोटर लोकोमोटिव के अंदर स्थित होता है। रेलवे ट्रैक के साथ या ऊपर ओवरहेड ट्रांसमिशन लाइन लगाई जाती है। लोकोमोटिव पर एक करंट कलेक्टर, जिसमें कंडक्टर स्ट्रिप लगा होता है, लगाया जाता है। यह कंडक्टर स्ट्रिप सप्लाई कंडक्टर पर फिसलता है, जिससे विद्युत सप्लाई और लोकोमोटिव के बीच विद्युत संपर्क बना रहता है। सप्लाई कंडक्टर को आमतौर पर कंटेक्ट वायर कहा जाता है। करंट कलेक्टर और सप्लाई वायर के बीच एक विश्वसनीय कनेक्शन को सुनिश्चित करने के लिए कैटेनरी केबल और ड्रॉपर वायरों का उपयोग किया जाता है।

उच्च गति वाली ट्रेनों में, पैंटोग्राफ कलेक्टर का उपयोग किया जाता है। यह पेंटागोन के आकार का होता है, जिसके कारण इसे इस नाम से जाना जाता है। कलेक्टर में एक कंडक्टिंग स्ट्रिप होता है, जो स्प्रिंगों के माध्यम से कंटेक्ट वायर के ऊपर दबाया जाता है। आमतौर पर स्टील से बना, यह कंडक्टिंग स्ट्रिप अपने और कंटेक्ट वायर के बीच एक संतुलित दबाव बनाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह स्थिर दबाव उच्च गति वाली ट्रेन के तेज गति से यात्रा करने पर ऊर्ध्वाधर दोलनों से बचने, एक स्थिर और विश्वसनीय विद्युत कनेक्शन सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है। यह स्थिर कनेक्शन ट्रेन के विद्युत प्रणालियों के लिए अविच्छिन्न विद्युत सप्लाई के लिए आवश्यक है, जिससे चालन और कार्यक्षम ऑपरेशन सुनिश्चित होता है।

एक-चरणीय विद्युत सप्लाई पूरे रेलवे ट्रैक के साथ लगाई जाती है। विद्युत लोकोमोटिव में कलेक्टर के माध्यम से विद्युत प्रवेश करता है। यह फिर पावर ट्रांसफॉर्मर के प्राथमिक कोइल से गुजरता है और लोकोमोटिव के पहियों के माध्यम से विद्युत सप्लाई के ग्राउंड पर वापस जाता है। पावर ट्रांसफॉर्मर का द्वितीयक कोइल पावर मॉड्यूलेटर को विद्युत देता है, जो फिर ट्रैक्शन मोटर को चलाता है। इसके अलावा, ट्रांसफॉर्मर का द्वितीयक आउटपुट कूलिंग फैन और एयर-कंडीशनिंग सिस्टम जैसे असिस्टेंट डिवाइसों को विद्युत देता है।

सबर्बन ट्रेनें
सबर्बन ट्रेनें, जिन्हें आमतौर पर लोकल ट्रेनें भी कहा जाता है, छोटी दूरी की यात्रा के लिए डिज़ाइन की गई हैं। ये ट्रेनें अपेक्षाकृत निकट अंतराल पर अक्सर रुकती हैं। त्वरण और धीमी गति के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए, सबर्बन ट्रेनें मोटराइज्ड कोचेस शामिल करती हैं। यह व्यवस्था ट्रेन के वजन के उस हिस्से को बढ़ाती है जो ड्राइविंग पहियों द्वारा उठाया जाता है, टोटल ट्रेन वजन के सापेक्ष।

प्रत्येक मोटराइज्ड कोच में एक इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टम और एक पैंटोग्राफ कलेक्टर लगा होता है। आमतौर पर, मोटराइज्ड और नॉन-मोटराइज्ड कोचों का अनुपात 1:2 होता है। उच्च शक्ति वाली सबर्बन ट्रेनों के लिए, यह अनुपात 1:1 तक बढ़ाया जा सकता है। मोटराइज्ड और ट्रेलर कोचों से बनी ट्रेनों को इलेक्ट्रिकल मल्टीपल यूनिट (EMU) ट्रेन कहा जाता है। सबर्बन ट्रेनों के लिए पावर सप्लाई मेकेनिज्म मुख्य लाइन ट्रेनों के समान होता है, एक उल्लेखनीय अपवाद के साथ: भूगर्भीय सबर्बन ट्रेनें।

भूगर्भीय ट्रेनें डायरेक्ट-करंट (DC) पावर सप्लाई सिस्टम का उपयोग करती हैं। यह चुनाव मुख्य रूप से इसलिए किया जाता है क्योंकि DC सप्लाई सिस्टम विद्युत कंडक्टर और ट्रेन बॉडी के बीच कम स्पेस की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, DC सिस्टम पावर मॉड्यूलेटर के डिजाइन को सरल बनाता है, जिससे इसकी जटिलता और लागत कम हो जाती है। ऊपरी ट्रेनों के विपरीत, भूगर्भीय ट्रेनें ओवरहेड ट्रांसमिशन लाइनों का उपयोग नहीं करती हैं। इसके बजाय, विद्युत सप्लाई या तो चलने वाले रेलों के माध्यम से या टनल के एक तरफ लगाए गए कंडक्टरों के माध्यम से दी जाती है।

इलेक्ट्रिक बसें, ट्राम और ट्रॉलीज
इन प्रकार के इलेक्ट्रिक वाहन आमतौर पर एक-मोटर-ड्राइवन कोच डिजाइन के साथ होते हैं। वे सड़क के साथ लगाए गए निम्न-वोल्टेज DC ओवरहेड लाइनों से विद्युत लेते हैं। इसके निम्न करंट आवश्यकताओं के कारण, करंट कलेक्शन मेकेनिज्म आमतौर पर एक रोड या दो रोड्स के साथ एक कंटेक्ट बो के रूप में होता है। कलेक्टर सिस्टम अत्यधिक लचीला डिजाइन किया जाता है, और इसमें विद्युत करंट के लौटने के लिए एक अतिरिक्त कंडक्टर शामिल होता है, जिससे वाहन के ऑपरेशन के लिए स्थिर और निरंतर विद्युत सप्लाई सुनिश्चित की जाती है।

ट्राम एक प्रकार का इलेक्ट्रिक-पावर्ड वाहन है जो रेलों पर चलता है और आमतौर पर एक-मोटर कोच से बना होता है। कुछ मामलों में, यात्री क्षमता बढ़ाने के लिए दो या अधिक अपावर्ड ट्रेलर कोचों को जोड़ा जाता है। उनका करंट कलेक्शन सिस्टम इलेक्ट्रिक बसों के समान होता है। ध्यान दें, विद्युत करंट के लौटने का रास्ता एक रेल के माध्यम से बनाया जा सकता है। ट्राम फिक्स्ड रेलों पर चलते हैं, इसलिए उनका सड़क पर रास्ता पूर्वनिर्धारित होता है, जो एक विश्वसनीय और संगत यातायात सेवा प्रदान करता है।

इलेक्ट्रिक ट्रॉलीज आमतौर पर खानों और कारखानों में सामान के परिवहन के लिए उपयोग किए जाते हैं। ये वाहन आमतौर पर रेलों पर चलते हैं और ट्राम के साथ कई समानताएं रखते हैं, जिनमें मुख्य अंतर उनका शारीरिक आकार होता है।

इलेक्ट्रिक ट्रैक्शन ड्राइव की महत्वपूर्ण विशेषताएं

इलेक्ट्रिक ट्रैक्शन ड्राइव की प्रमुख विशेषताएं निम्नलिखित हैं

• उच्च टोक़ आवश्यकता: ट्रैक्शन ड्राइव शुरुआत और त्वरण चरणों में भारी वाहन को आगे बढ़ाने के लिए उच्च टोक़ उत्पन्न करने की आवश्यकता होती है। यह उच्च-टोक़ आवश्यकता यात्री ट्रेन या अन्य ट्रैक्शन वाहन को जड़ता को दूर करने और अपेक्षित गति को कुशलता से प्राप्त करने में मदद करती है।

• AC ट्रैक्शन में एक-चरणीय AC सप्लाई: आर्थिक विचारों के कारण, एक-चरणीय विद्युत सप्लाई विकल्प आमतौर पर वैकल्पिक धारा (AC) ट्रैक्शन प्रणालियों में उपयोग की जाती है। यह चुनाव इंफ्रास्ट्रक्चर, विद्युत उत्पादन और वितरण से संबंधित लागत को कम करने में मदद करता है, जिससे कुल ऑपरेशन अधिक वित्तीय रूप से व्यवहार्य होता है।

• वोल्टेज उतार-चढाव: इलेक्ट्रिक ट्रैक्शन प्रणालियों में विद्युत सप्लाई में महत्वपूर्ण वोल्टेज उतार-चढाव होता है। यह उतार-चढाव विशेष रूप से तब अधिक उल्लेखनीय होता है जब लोकोमोटिव एक सप्लाई खंड से दूसरे सप्लाई खंड में जाता है, जिससे अक्सर अस्थायी अवस्थाएं उत्पन्न होती हैं। ऐसे वोल्टेज भिन्नताएं ट्रैक्शन उपकरणों के स्थिर ऑपरेशन के लिए चुनौतियां प्रस्तुत कर सकती हैं और उनके प्रभाव को रोकने के लिए ध्यानपूर्वक डिजाइन और नियंत्रण रणनीतियों की आवश्यकता होती है।

• हार्मोनिक व्यवधान: दोनों AC और DC ट्रैक्शन प्रणालियाँ विद्युत स्रोत में हार्मोनिक्स डालती हैं। ये हार्मोनिक्स निकटवर्ती टेलीफोन लाइनों और सिग्नल सिस्टमों में व्यवधान कर सकते हैं, जिससे संचार और सिग्नलिंग इंफ्रास्ट्रक्चर के व्यवधान का संभावना होती है। इस व्यवधान को न्यूनतम रखने और इन महत्वपूर्ण सेवाओं के सही कार्य को सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त फिल्टरिंग और नियंत्रण उपाय आवश्यक हैं।

• ब्रेकिंग सिस्टम: ट्रैक्शन ड्राइव मुख्य रूप से डायनामिक ब्रेकिंग पर निर्भर करते हैं, जो गतिशील वाहन की गतिज ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है, या तो इसे गर्मी के रूप में विघटित करता है या इसे विद्युत ग्रिड में वापस फीड करता है। इसके अलावा, वाहन स्थिर होने पर यांत्रिक ब्रेक का उपयोग किया जाता है, जिससे यात्रा के सभी संभावित स्थितियों में सुरक्षा, ठहराव और रोकने की क्षमता सुनिश्चित होती है।

इलेक्ट्रिक ट्रैक्शन ड्राइव का ड्यूटी साइकल

इलेक्ट्रिक ट्रैक्शन ड्राइव का ड्यूटी साइकल गति-समय वक्रों और पावर-टोक-समय आरेखों के विश्लेषण द्वारा प्रभावी रूप से समझा जा सकता है। एक समतल ट्रैक पर दो क्रमागत स्टेशनों के बीच ऑपरेटिंग करने वाले एक ट्रैक्शन ड्राइव पर विचार करें। शुरुआत में, ट्रेन उच्चतम उपलब्ध टोक़ का उपयोग करके त्वरित होती है। इस त्वरण चरण के दौरान, ड्राइव की शक्ति उपभोग गति के साथ रेखीय रूप से बढ़ता है, जो जड़ता क